【摘要】：隨著科技的進步，紫外探測技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在很多的方面。AlGaN基日盲紫外探測器具有體積小、工作電壓小、綠色環(huán)保和物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點，因而在預(yù)警監(jiān)測、生化醫(yī)藥、天文等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。然而,與傳統(tǒng)的紫外光電倍增管相比，AlGaN基日盲紫外探測器的響應(yīng)度依然很低，這已成為制約其發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，AlGaN半導(dǎo)體材料的位錯密度高達(dá)109cm-2，通過改善AlGaN材料的質(zhì)量來提高響應(yīng)度的方法仍然具有很大的困難，而利用金屬納米顆粒產(chǎn)生的局域表面等離激元來提高探測器的光吸收效率已成為一個研究熱點。本文研究了表面等離激元對AlGaN基日盲紫外探測器響應(yīng)度的增強作用，對促進AlGaN基紫外探測器的發(fā)展和應(yīng)用有著重要的意義。 本文用MOCVD在藍(lán)寶石襯底上生長了高質(zhì)量的AlGaN材料，嘗試了SiO2掩膜沉積Al陣列以及電子束蒸發(fā)制備Al納米顆粒的方法，最終成功獲得了大小可控的Al納米顆粒。器件上采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝制備MSM結(jié)構(gòu)探測器。電極為50nm的Ni金屬層，在氮氣氛圍下450℃退火180s。光譜響應(yīng)測試顯示當(dāng)Al顆粒的大小約為60nm時，探測器峰值響應(yīng)度（288nm）增加了超過2倍，隨著Al顆粒直徑的減小，峰值響應(yīng)度增加的倍數(shù)也逐漸減少。暗電流的測試表明不同大小的Al顆粒都能略微降低探測器的暗電流，這主要是由于Al2O3外殼對螺位錯的鈍化作用，減少了漏電通道。本文取得的研究成果如下： 1.利用時域有限差分法模擬了不同大小Al納米顆粒的消光光譜，分析了Al顆粒與入射光的耦合規(guī)律，進一步研究了Al2O3使消光光譜紅移的現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上了解了表面等離激元對探測器性能的增強作用。 2.探索了多種制備Al納米顆粒的方法，并成功掌握了利用電子束蒸發(fā)制備大小可控Al納米顆粒的條件。 3.制備了AlGaN基MSM結(jié)構(gòu)日盲紫外探測器，研究了不同大小的Al顆粒對探測器響應(yīng)度的增強規(guī)律及對暗電流的影響。實驗發(fā)現(xiàn)60nm的Al顆粒對探測器的增強效果最明顯，這是由于金屬顆粒的散射作用以及由Al顆粒引起的局域表面等離激元耦合共振增加了半導(dǎo)體材料的光吸收，使光生電子空穴對的數(shù)量增加，從而增強了光響應(yīng)度。而暗電流受Al顆粒的影響很小，，主要是Al2O3能鈍化位錯，減少漏電通道。
【圖文】：

外探測器類型體紫外探測器根據(jù)基本工作方式的不同,可以光生伏特探測器(結(jié)型器件),其中光生伏特探-半導(dǎo)體-金屬(MSM)型、PN 結(jié)型、PIN 結(jié)型等器在結(jié)構(gòu)上是在半導(dǎo)體兩側(cè)制作兩個歐姆接觸的示。光電導(dǎo)探測器的優(yōu)點十分顯著：結(jié)構(gòu)簡單與其在較弱的入射光照下依然能獲得很高的光響應(yīng)點同樣也很顯著。由于它的響應(yīng)與入射光強之間測器是線性的，因此光導(dǎo)型探測器不如光伏型容存在持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)，這會降低其響應(yīng)速度——電流與較小的紫外/可見光的抑制比等都使得光的要求。雖然光導(dǎo)型紫外探測器有著很大的內(nèi)部下，響應(yīng)電流比光伏型紫外探測器的響應(yīng)電流大且難以改善，所以現(xiàn)在發(fā)展前景更好的是光伏型

表面等離激元分為兩種：表面等離極化激元(Surface plasmonpolariton,SPP)和局域表面等離激元(Localized surface plasmon, LSP)。1.2.1 表面等離激元的基本原理由于金屬的光學(xué)性質(zhì)與入射光波長有著密切的關(guān)系，因此不是所有的金屬都能產(chǎn)生表面等離激元。想要產(chǎn)生表面等離激元則需要介電常數(shù)的實部 Re 0m ，而表面等離激元共振則要求虛部mmIm Re 。能產(chǎn)生表面等離激元的金屬有部分堿金屬及貴金屬，比較典型的有銀，金，鋁等。事實上，表面等離激元是將光波的機械能聚集到金屬上。對于不同的金屬材料，它的品質(zhì)因數(shù)代表著其產(chǎn)生表面等離激元的能力。品質(zhì)因數(shù)：Im()Re() mmQ ，它意味著在振蕩波衰退消失之前能產(chǎn)生幾個波長的表面等離激元的振蕩，同時也代表著局域光學(xué)場的場強是外界場的幾倍。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN23

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 葉嗣榮,肖燦,黃烈云,向勇軍;剝離技術(shù)在GaN基紫外圖像傳感器中的應(yīng)用[J];半導(dǎo)體光電;2005年02期

2 趙文伯;趙紅;葉嗣榮;黃烈云;唐遵烈;羅木昌;楊曉波;廖秀英;向勇軍;鄒澤亞;;Al_xGa_(1-x)N日盲紫外探測器及其焦平面陣列[J];半導(dǎo)體光電;2009年01期

本文編號：2524976